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《实验二-分层介质中的声线传播路径研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、实验二分层介质中的声线传播路径研究一、实验目的1、了解海水介质的垂直分层特性；2、掌握Snell折射定律和声线弯曲规律;3、掌握基本的声线传播轨迹的搜索方法;二、实验仪器计算机三、实验原理在本课程的研究中，一般只考虑海水介质的垂玄分层的特性，叩声速(折射率)不随水平方向变化，仅是海水深度的断数。若令x、y代表水平坐标，z代表垂直坐标，则在分层介质中：c(x,y,Z)=c(z)(1)z)=n⑵(2)除了超远程肖传播问题外，海水介质的分层模型是对实际海洋介质的-种接近的理想模型。本课程中所获得的结果，都是在分层介质模型下得到
2、的。3.1Snell折射定律和声线弯曲已知射线声学所遵循的Snell定律为：cos<7cos二常数(3)a为声传播方向与水平坐标ox的夹角，称为掠射角；C为该处声速。々和Co为声线出射处的对应值。若和声线的垂直分布c⑵已知，可以按照Snell定律求出海洋中任意深度处声线的掠射角,也就确定了任意深度处声波传播方向。不同的起始掠射角他求出不同的Q值，对应不同的声线轨迹。负梯度下声速随深度増加而下降，掠射角a随深度増加而増加，声线弯向海底；正梯度下声速随深度增加而增加，掠射角a随深度増加而减小，声线弯向海而。3.2声线轨迹二维
3、平面问题的声线曲率的表达式为:d0sinddecosade==•——(4)dscdzcdz(4)式中,〃为声线入射角，即声线长度微元ds与垂直轴线z的夹角;c为微元出处的声速。由Snell定律可知，当起始值给定时(血和co),比値cosa/c等于常数。对于恒定声速梯度而言c=co(l+az),a为和对声速梯度(a为常数)，则血/能=cg=常数，即恒定声速梯度情况下声线Illi率到处相等，轨迹是圆弧。3.3声线轨迹方程对于恒定声速梯度c=c°(l+az),67=l/c0-dc/dzmo若声线在海而以掠射角闪)=0(0=n/
4、2)出射，该声线曲率半径等于：ds1d0进-•步可写出以《o=O掠射的声线轨迹方程:对丁•声源在海面以任意掠射角cq出射的声线，同样可给出其声线轨迹方程:WC0SQ]丿(7)3.4声线经过的水平距离若声源位于（圮习）处，接收点位于（x,z）处，声速按c=c⑵分布，可以从下列积分求出声线经过的水平距离:(8)根据Snell定律可导出tancr=COS?Q
5、]/cOSQ
6、,其中〃⑵=c（zj/c⑵。因而水平距离:(9)对于恒定声速梯度情况，轨迹是一圆弧，玄接从声线轨迹图来求水平距离x更为方便。3.5声线经过的水平距离声线因深
7、度而异，声线经过微元山距离所需要的时间dt=ds/c,声线从习声度传播到z深度所需要的时间等于：根据Snell定律，Csina—2—COS2ax，其'I1n=c(Z])/c(z)=c/c,贝II：n"(II)1『A72(z)dzc1^772(Z)-COS2axcsinci（II）式为计算声线传播时间的一般表示式。在恒定声速梯度下，从Snell定律可求得dz=—-da，gcosaxda代入公式（10）中得到：(12)◎COS6Z⑷和。分别为深度习和z处的声线掠射角。对（12）式积分可得:.1+sinaInI1-sina丿
8、(atCtan-In辽4；/、gtan鱼+兰i<24,丿」(13)四、实验内容画出仿真条件下，从声源出发到接收点处三条主要声线的传播规律，三条声线分别肓达声信号、海而一次反射信号、海底一次反射信号。仿真条件1:20iiL1Out40mVlkm仿真条件2：lOui20in*I-.30川(•…40(il50iii五、实验步骤mk：functiony=mk(xl,yl,x2,y2zx)k=(y2-yl)/(x2-xl);y=k*(x-x2)+y2;Endmp：function[mzn]=mp(azb)symsxy;eql=(
9、y-b)/(x-a)-100;eq2=sqrt(xA2+(y-50)A2)-sqrt(「2+(b-50)八2);s=solve(eql,eq2zx,y);m=double(s.x);n=double(s.y);endclear;clc;axis([01000050]);x=0:1000;yl=abs(mk(0,-20,1000,10,x));y2=abs(mk(0,-20,1000,40,x));y3=mk(0,80,1000,10,x);y4=mk(0,80,1000,40,x);y5=mk(0z20z1000,1OZ
10、x);y6=mk(0,20,1000,40,x);fori=l:1001ify3(i)>50y3(i)=100-y3(i);endify4(i)>50y4(i)=100-y4(i);endendy=[yl;y2;y3;y4;y5;y6];forj=l:6plot(x,y(j,:));holdonendset(gem,
